漸近開放式項目教學在開源硬件課程中的實施策略

翁錦琳 福建省寧德市古田縣第一中學

開源硬件在高中信息技術課程中占有重要地位，它屬于高中信息技術選擇性必修課程，同時也是創客教育課程的重要組成部分，可作為校本選修或興趣小組活動課程開展。課程基于STEAM教學理念，適合采用項目教學模式，學生在完成項目的過程中，能夠迅速提升綜合素養。然而，項目教學屬于一種“開放式教學”，對學生的現有知識水平、自主學習能力以及解決問題能力均有較高要求，現有的信息技術課堂項目教學預設的學生“潛在發展水平”往往比實際偏高，學生難以超越“最近發展區”到達“潛在發展水平”。

為了解決上述問題，筆者建議在開源硬件課程中采用“漸近開放”的教學模式，遵循循序漸近的原則，將開源硬件課程劃分為四個階段（如表1）。

表1

● “小任務”階段——通過小任務體驗迅速入門

在課程之初，學生普遍缺乏項目學習經驗，信息素養水平參次不齊，對開源硬件掌握程度也不同，此時教師需根據實際情況，做好初高中的過渡銜接，并盡可能降低課程難度。教師可先講授開源硬件基礎知識，演示元器件的基本使用方法，通過小任務驅動來完成基礎知識的教學，采用“布置任務—學生探究—教師演示—學生實踐”的模式開展，如圖1所示。

圖1

此階段教學內容可包括：①開源硬件基礎知識介紹，如開發板、開發環境介紹等。②基本元器件的使用。③開源硬件基本編程語句。教師需重點介紹幾種典型的元器件（如LED燈、按鍵開關等）的使用、開源硬件程序基本指令、三種基本程序結構等。任務要求明確，較為“封閉”，學生按提示要求完成即可達成教學目標。任務難度落在剛入門學生的最近發展區中，由易及難，學生在教師的指導下，能夠迅速入門。

● “微項目”階段——通過微項目夯實基礎

在“微項目”階段，教師主要采用基于給定選題的微項目教學。與“小任務”階段不同，本階段需要完成一個簡單的微項目，同時具有一定的開放性。項目過程包括確定選題、規劃設計、項目實施、展示評價四個步驟。

1.確定選題

在“微項目”階段，教師介紹微項目背景并給定微項目選題。首先，微項目選題宜小不宜大，時長控制在2～3課時為宜。該階段仍屬于“打基礎”階段，教學目的在于讓學生通過微項目學習，掌握基本知識技能和解決問題的方法。其次，微項目選題應當基于真實情境。

2.規劃設計

在給出項目情境和選題后，教師要引導學生設計項目實現方案。當學生不知從何入手時，教師可以使用問題導向法，給出不同的假設方案讓學生分析可行性，經過師生共同討論，得出合理的解決方案。教師需要變知識傳授型課堂為學習引導型課堂，切忌采用“教師直接講授，學生原樣照搬”的傳統式教學。

3.項目實施

項目實施過程遵循“學生為主體，教師為主導”的原則。在項目實施過程中，教師可以充分利用問題、圖示、數字化資源等教學支架，給學生適當的幫助和引導。當學生完成項目的基本要求后，教師可提出一些開放性問題，引導學有余力的學生對作品進行優化。此外，在項目實施后需提交項目學習記錄表。

4.展示評價

在學生完成項目后，教師可抽取部分小組進行成果展示和交流，以驗證學生的項目學習成果。

● “主題項目”階段——通過課程項目鞏固提升

當學生對開源硬件的基本元件有了一定的認識，且能獨立完成一些小項目后，即可進入“主題項目”階段。該階段主要采用的是基于自主選題的主題項目教學，這是真正意義上的項目教學。主題項目綜合性強，一般整個課程只要求設計一個，放在課程最后，作為該課程的“畢業項目”（課程項目），是課程考核的重要部分。主題項目實施過程與微項目類似，但要求應有所提升，且采用的是完全開放式的教學，各小組在教師的適當引導下，獨立完成項目。筆者以“智能飲水機”項目為例做具體分析（如下頁表2，限于篇幅表格中僅列出選題和方案）。與微項目相比（如下頁圖2），主題項目主要有以下特點。

圖2

表2

1.選題的開放性

在選題階段，教師僅給出主題，具體選題由學生根據主題自行選定。教師需要對學生的選題做出審核，如果選題過大或過小，教師應當提出修改建議。

2.方案的自主性和科學性

由于每個小組選題均不同，在規劃設計階段需要由小組成員自主設計方案。在學生討論設計方案的過程中，教師需要巡視并解決小組提出的問題，保證方案的科學性。

3.強調項目成果的優化和創新

在項目實施階段教師應當引導學生查找存在的問題，不斷優化作品，實現從“嘗試模仿”到“自我創新”的轉變，產生高質量的項目成果，為下一階段“競賽項目”做準備。同時，學生應當撰寫項目報告。項目報告是項目學習的重要成果，也是評價項目質量好壞的重要載體。

4.答辯式評價

在展示評價階段，可采用類似論文答辯的方式，由每個小組上臺展示成果，教師及其他小組成員可以提問。答辯式評價，能夠檢驗學生的項目完成情況、知識技能掌握情況，鍛煉學生的表達能力。答辯的成績應作為課程成績的重要組成部分。

● “競賽項目”階段——通過參賽不斷成長

“競賽項目”階段要求進一步提高，需要將課程所學應用到實踐中，設計、制造出應用于實際生活的產品原型，并以創客、科技創新等比賽為契機，選擇一部分優秀作品參賽。

1.組建興趣小組

教師根據學生平時的課堂表現、課程成績，結合學生興趣，選拔學生參加創客興趣小組活動。教師可收集興趣小組成員在第三階段產生的符合競賽主題的優秀成果，鼓勵學生在此基礎上繼續改進，也可以讓學生重新選題，設計出更好的參賽作品。

2.提高項目成果要求

此階段的作品不應只停留在模擬、調試階段，而應當是能夠解決實際問題的產品原型。以“智能飲水機”項目為例，可從以下兩方面加以改進。第一，制造合適的外殼。在上一階段，它的外殼只要求使用紙板制作即可，但作為參賽作品是不夠的。此時，可利用激光切割技術制作飲水機外殼和桶裝水支架，用3D打印技術制作接水盤，可放在桶裝礦泉水中供日常生活使用。第二，作品功能還需要不斷優化、改進、創新，如可改進出水量計算算法，結合重力傳感器，提升出水量計算的精準度，也可增設電磁閥，提高控制水流進出的靈敏度等。

● 結束語

基于“小任務—微項目—主題項目—競賽項目”四階段的漸近開放式項目教學，遵循“最近發展區”理論，能夠在一定程度上解決目前高中信息技術課堂中開展項目教學難度大的問題。當然，不同學生的最近發展區是不同的，教師應當結合學生實際水平，合理調整四階段的教學時間和教學內容，或者進行必要刪減。在項目教學過程中，教師應當以培養學生信息技術核心素養為目的，以優化作品、解決實際問題為導向開展教學，提升項目教學效率。